實驗名稱：基于磁(ci)敏感自旋波長壽命(ming)光與原子糾纏源的制備

　　測試設備：高壓放大器、函數發生器、功率放大器、電光調(diao)制器、激光器、光隔離器位相延遲器、壓電陶瓷(ci)等。

　　實驗過程：

　　圖1：利用PDH鎖頻裝置圖

　　注：Laser：激光器(qi)(qi)(qi)，ISO：光隔離器(qi)(qi)(qi)，EOM：電光調制器(qi)(qi)(qi)，Poweramp：功(gong)率放大(da)器(qi)(qi)(qi)，Oscillator：函數發生器(qi)(qi)(qi)，DelayBox：位(wei)相延遲器(qi)(qi)(qi)，Mixer：混頻器(qi)(qi)(qi)，HP：高通濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)(qi)(qi)，LP：低通濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)(qi)(qi)，PID：比例積分器(qi)(qi)(qi)，HV：高壓(ya)放大(da)器(qi)(qi)(qi)，Detector：探測器(qi)(qi)(qi)，PZT：壓(ya)電陶瓷。

　　制(zhi)作(zuo)好(hao)的(de)(de)模(mo)(mo)式清(qing)潔器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)使(shi)用(yong)PDH鎖(suo)(suo)頻(pin)(pin)，如圖1所示(shi)，首先借助飽和吸收(shou)裝載將(jiang)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)頻(pin)(pin)率(lv)鎖(suo)(suo)定在原(yuan)子躍(yue)遷線(xian)上，一(yi)(yi)束(shu)(shu)特(te)定頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)經(jing)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)出(chu)射后(hou)(hou)(hou)，穿過(guo)隔離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(ISO)、電(dian)(dian)光(guang)(guang)(guang)(guang)調制(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(EOM)、透(tou)鏡(jing)后(hou)(hou)(hou)，從鏡(jing)M2中(zhong)心進入(ru)(ru)三鏡(jing)腔(qiang)(qiang)。激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)經(jing)過(guo)透(tou)鏡(jing)后(hou)(hou)(hou)進入(ru)(ru)腔(qiang)(qiang)內(nei)的(de)(de)腰斑(ban)半徑(jing)與三鏡(jing)腔(qiang)(qiang)的(de)(de)腰斑(ban)半徑(jing)匹配，一(yi)(yi)束(shu)(shu)微弱光(guang)(guang)(guang)(guang)從凹面鏡(jing)M3中(zhong)透(tou)射出(chu)來被(bei)(bei)探(tan)測器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)接收(shou)，并將(jiang)探(tan)測到腔(qiang)(qiang)模(mo)(mo)式的(de)(de)信(xin)(xin)(xin)息轉(zhuan)化為(wei)電(dian)(dian)信(xin)(xin)(xin)號通(tong)(tong)過(guo)高通(tong)(tong)濾波器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)進入(ru)(ru)混(hun)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，函數(shu)發生器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(Oscillator)輸(shu)出(chu)的(de)(de)正弦波信(xin)(xin)(xin)號分(fen)為(wei)兩束(shu)(shu)，一(yi)(yi)束(shu)(shu)信(xin)(xin)(xin)號被(bei)(bei)功率(lv)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(Poweramp)放(fang)大(da)(da)信(xin)(xin)(xin)號輸(shu)出(chu)至電(dian)(dian)光(guang)(guang)(guang)(guang)調制(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(EOM)，對激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)施加(jia)相(xiang)位(wei)(wei)調制(zhi)。一(yi)(yi)束(shu)(shu)信(xin)(xin)(xin)號被(bei)(bei)位(wei)(wei)相(xiang)延(yan)遲(chi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(DelayBox)進行(xing)相(xiang)位(wei)(wei)延(yan)遲(chi)后(hou)(hou)(hou)進入(ru)(ru)混(hun)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(Mixer)，與探(tan)測器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)電(dian)(dian)信(xin)(xin)(xin)號一(yi)(yi)起(qi)進行(xing)交(jiao)流(liu)信(xin)(xin)(xin)號混(hun)頻(pin)(pin)，信(xin)(xin)(xin)號混(hun)頻(pin)(pin)后(hou)(hou)(hou)被(bei)(bei)低(di)通(tong)(tong)濾波器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)濾掉高頻(pin)(pin)成分(fen)后(hou)(hou)(hou)提(ti)取出(chu)誤差(cha)(cha)信(xin)(xin)(xin)號，較(jiao)弱的(de)(de)誤差(cha)(cha)信(xin)(xin)(xin)號進入(ru)(ru)比(bi)例積分(fen)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(PID)進行(xing)優化，通(tong)(tong)過(guo)調節位(wei)(wei)相(xiang)延(yan)遲(chi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和PID參數(shu)優化好(hao)誤差(cha)(cha)信(xin)(xin)(xin)號后(hou)(hou)(hou)經(jing)過(guo)高壓(ya)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)放(fang)大(da)(da)反饋(kui)給(gei)壓(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷，壓(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷帶動(dong)腔(qiang)(qiang)鏡(jing)M3高頻(pin)(pin)振動(dong)，進而改變腔(qiang)(qiang)長(chang)使(shi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)與三鏡(jing)腔(qiang)(qiang)腔(qiang)(qiang)模(mo)(mo)共振，實(shi)現(xian)模(mo)(mo)式清(qing)潔器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)鎖(suo)(suo)定。經(jing)過(guo)實(shi)測，模(mo)(mo)式清(qing)潔器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)透(tou)射光(guang)(guang)(guang)(guang)效率(lv)為(wei)55%，再(zai)通(tong)(tong)過(guo)兩個濾波器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，可以將(jiang)寫(xie)讀光(guang)(guang)(guang)(guang)中(zhong)非相(xiang)干光(guang)(guang)(guang)(guang)濾除，提(ti)高單光(guang)(guang)(guang)(guang)子測量的(de)(de)信(xin)(xin)(xin)噪比(bi)。

　　實驗結果：

　　圖2：磁(ci)敏感(gan)自旋波恢復效率隨存儲時間(jian)的(de)變化

　　如(ru)圖(tu)2所(suo)示是(shi)磁(ci)(ci)敏(min)感(gan)自(zi)(zi)旋(xuan)波(bo)恢復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)率(lv)隨存儲(chu)(chu)(chu)(chu)時(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)變化關(guan)系。在(zai)實驗中(zhong)，Stokes光(guang)(guang)子在(zai)光(guang)(guang)路中(zhong)傳播(bo)到(dao)單光(guang)(guang)子探(tan)(tan)測(ce)(ce)器中(zhong)總的(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)(ce)效(xiao)(xiao)率(lv)η=22.8%，每次(ci)探(tan)(tan)測(ce)(ce)到(dao)N個Stokes光(guang)(guang)子，單光(guang)(guang)子探(tan)(tan)測(ce)(ce)器DS1和(he)(he)DS2與DAS1和(he)(he)DAS2符合計(ji)數值為(wei)(wei)(wei)NAS，可以(yi)(yi)計(ji)算出恢復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)率(lv)γ。為(wei)(wei)(wei)了(le)使磁(ci)(ci)敏(min)感(gan)態(tai)自(zi)(zi)旋(xuan)波(bo)的(de)(de)存儲(chu)(chu)(chu)(chu)壽命(ming)達到(dao)最佳效(xiao)(xiao)果，在(zai)實驗前就(jiu)依據(ju)(ju)恢復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)率(lv)隨存儲(chu)(chu)(chu)(chu)時(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)振蕩變化為(wei)(wei)(wei)參考標(biao)準，調節地(di)磁(ci)(ci)場(chang)線圈中(zhong)電流對環境(jing)磁(ci)(ci)場(chang)進(jin)行精確(que)補(bu)償(chang)(chang)。精確(que)補(bu)償(chang)(chang)環境(jing)磁(ci)(ci)場(chang)后的(de)(de)磁(ci)(ci)敏(min)感(gan)自(zi)(zi)旋(xuan)波(bo)恢復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)率(lv)隨存儲(chu)(chu)(chu)(chu)時(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)關(guan)系如(ru)圖(tu)2所(suo)示，從(cong)圖(tu)中(zhong)可以(yi)(yi)知道，恢復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)率(lv)γ0在(zai)存儲(chu)(chu)(chu)(chu)時(shi)(shi)(shi)間t0=0時(shi)(shi)(shi)為(wei)(wei)(wei)15.8%，恢復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)率(lv)為(wei)(wei)(wei)γ1在(zai)存儲(chu)(chu)(chu)(chu)時(shi)(shi)(shi)間t1=900μs時(shi)(shi)(shi)為(wei)(wei)(wei)5.85%，恢復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)率(lv)在(zai)存儲(chu)(chu)(chu)(chu)時(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)不斷提高(gao)情況(kuang)下(xia)有降(jiang)低的(de)(de)趨勢。根據(ju)(ju)擬合函數得(de)到(dao)存儲(chu)(chu)(chu)(chu)1/e的(de)(de)存儲(chu)(chu)(chu)(chu)壽命(ming)為(wei)(wei)(wei)t0=900μs。

　　圖(tu)3：參量S隨(sui)存(cun)儲(chu)時間的變化

　　為了探究光與原子的(de)(de)(de)糾(jiu)纏度與存(cun)(cun)儲(chu)(chu)時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)關(guan)系，我們(men)在不(bu)同的(de)(de)(de)存(cun)(cun)儲(chu)(chu)時(shi)(shi)間(jian)下(xia)對Bell參數(shu)(shu)S進(jin)行了測(ce)(ce)量。通(tong)過測(ce)(ce)量Bell參數(shu)(shu)S和Clauser-Horne-Shimony-Holt(CHSH)不(bu)等式來判斷是(shi)(shi)否(fou)產(chan)生糾(jiu)纏光子對是(shi)(shi)實(shi)驗(yan)上常(chang)常(chang)采用的(de)(de)(de)方法。圖3中紅色圓點(dian)表示我們(men)在不(bu)同存(cun)(cun)儲(chu)(chu)時(shi)(shi)間(jian)t下(xia)測(ce)(ce)量的(de)(de)(de)Bell參數(shu)(shu)S值(zhi)，當存(cun)(cun)儲(chu)(chu)時(shi)(shi)間(jian)t=0時(shi)(shi)，系統(tong)的(de)(de)(de)Bell參數(shu)(shu)S=2.58±0.03違(wei)反了貝爾(er)不(bu)等式19.3個標準差(cha)，當存(cun)(cun)儲(chu)(chu)時(shi)(shi)間(jian)t=900μs時(shi)(shi)，系統(tong)的(de)(de)(de)Bell參數(shu)(shu)S=2.10±0.03違(wei)反了貝爾(er)不(bu)等式3.3個標準差(cha)，系統(tong)Bell參數(shu)(shu)S值(zhi)隨著存(cun)(cun)儲(chu)(chu)時(shi)(shi)間(jian)t的(de)(de)(de)增(zeng)加而(er)降低。

　　高壓放大器推(tui)薦：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

　　本文實(shi)(shi)驗(yan)素(su)材由(you)西安安泰電子(zi)整理發布，如(ru)想(xiang)了(le)解更多實(shi)(shi)驗(yan)方案，請(qing)持續關注安泰官網hkdyw.cn。Aigtek是國內專(zhuan)業從(cong)事測量儀(yi)器(qi)研(yan)發、生產和銷(xiao)售的高科技(ji)企業，一直專(zhuan)注于電壓(ya)放(fang)大器(qi)、電壓(ya)放(fang)大器(qi)、功率(lv)放(fang)大模塊、高精度(du)電流源等測試儀(yi)器(qi)產品的研(yan)發與制造。